KR20160125888A - 성막장치 및 성막방법 - Google Patents

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야스오 무라카미
카즈히로 호시노
토루 사토
타카시 타케미
사토시 나카무라
토모히로 쿠마키
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캐논 가부시끼가이샤
캐논 톡키 가부시키가이샤
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Abstract

성막장치는, 진공 챔버와, 기판에 외주면이 대향하고, 기판의 반송 방향에 교차하도록 진공 챔버의 내부에 배치된 원통형의 타겟과, 타겟을 회전 구동하도록 구성된 구동부와, 타겟의 내측에 배치된 자계 발생기와, 반응성 가스를 흘리고, 타겟의 근방에 배치되는 반응성 가스 유동부와, 기판과 타겟 사이이며 타겟의 근방에 있는 위치에서의 플라즈마의 발광 강도를 감시하도록 구성된 발광 모니터와, 발광 모니터에 의해 감시된 발광 강도가 미리 설정된 목표 발광 강도에 근접하도록, 구동부에 의해 구동되는 타겟의 회전속도를 제어하도록 구성된 제어부를 구비한다.

Description

성막장치 및 성막방법{FILM DEPOSITION APPARATUS AND FILM DEPOSITION METHOD}
본 발명은, 반응성 스퍼터링을 행하는 성막장치 및 성막방법에 관한 것이다.
종래, 플랫 디스플레이용 패널, 태양 전지 패널, 건축자재용 글래스, 자동차용 글래스 등 넓은 면적을 갖는 기판에 대한 성막 분야에 있어서, 평판 사각형 타입을 사용한 마그네트론 스퍼터링을 행하고 있었다.
마그네트론 스퍼터링에서는, 타겟 주변(주로 이면)에 자계 발생기를 배치하고, 자계 발생기에 의해 발생한 자기장(B)과 타겟에 인가하는 전계(E)에 의해, 전자에 E×B 드리프트로 불리는 운동을 행하게 한다. 따라서, 전자의 E×B 드리프트를 이용해서 전자밀도를 높여서 고효율로 스퍼터링을 행하고 있다.
한편, 코스트 절감과 생산성 향상의 요구로 인해, 반응성 가스(예를 들면, O2)의 도입하에서 금속 타겟 등을 직류방전으로 스퍼터해서 화합물의 박막을 기판에 성막하는 반응성 스퍼터링이 널리 이용되어 왔다. 이때, 화합물의 박막은, 예를 들면, 글래스 기판이나 글래스 기판 위에 성막된 다른 용도의 막에, 절연 기능과 반사 방지의 기능을 부여하기 위해 사용된다.
반응성 스퍼터링에서는, 타겟의 표면 상태로서, 성막 속도와 막질이 다른 3개의 상태가 존재하는 것이 알려져 있다. 3개의 상태는, 금속 상태, 반응성 상태(화합물 상태) 및 금속 상태와 반응성 상태 사이의 천이 상태다. 반응성 스퍼터링에서는, 반응성 가스의 유량을 변화시켰을 때에 상태의 변화에 히스테리시스가 존재한다. 이 히스테리시스 현상에 관해서는, 반응성 가스의 밸런스를 모델화한 S. Berg 등의 이론이 알려져 있다(S. Berg, H. O. Blom, T. Larsso, and C. Nender: J. Vac. Sci. Technol. A, 5(1987), 202 참조).
그런데, 평판 사각형의 타겟을 사용하는 마그네트론 스퍼터링에서는, 전자의 E×B 드리프트의 근방의 위치에서 플라즈마 밀도가 높아지고, 플라즈마 밀도가 높아진 개소에서 성막 속도가 커져, 기판 위의 막두께 분포가 불균일하게 되는 것이 알려져 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해서, 일본국 특개 S61-037964호 공보(이하, 특허문헌 1로 기재한다)는, 플라즈마 발광을 모니터해서 반응성 가스 유량을 피드백 제어하는 방법을 제안하고 있다. 이 방법은, Plasma Emission Monitoring, Optical Emission Monitoring 등으로 불린다(이하, 해당 방법을 PEM으로서 표기한다). 기판 위의 막두께 분포를 제어하기 위해서는, 반응성 가스의 유량을 조정함으로써, 타겟 면 내의 화합물의 정도를 제어하는 것이 중요하다. 즉, 타겟 표면의 스퍼터링에 의한 금속화와 반응성 가스에 의한 화합물화 사이의 밸런스를 제어하는 것이 중요하다.
일본국 특개 H05-504373호 공보(이하, 특허문헌 2로 기재한다)는, 프로세스의 안정성과 재료의 이용 효율을 높이기 위해서, 평판 사각형 타겟 대신에, 로타리 캐소드로 불리는 원통형의 타겟을 사용하는 성막장치를 제안하고 있다. 이 특허문헌 2에서는, 기판의 반송 방향과 타겟의 회전축을 직교시키고, 기판을 반송하면서 타겟을 회전시켜서 기판 위에 박막을 성막하고 있다. 그런데, 로타리 캐소드 이외에, 상기한 원통형의 타겟은 원통형 회전 마그네트론 캐소드, 원통형 캐소드 등으로 다양하게 불린다. 또한, 원통형의 타겟을 사용해서 반응성 스퍼터링에 의해 박막을 기판에 성막하는 경우도, 막두께 분포는, 타겟 면 내의 화합물(예를 들면, 금속 산화물)의 피복률에 의존한다.
일본국 특표 2012-530851호 공보(이하, 특허문헌 3으로 기재한다)는, 원통형의 타겟에 반응성 스퍼터링을 실시하는 경우에 있어서, 지금까지 PEM을 사용하여 원통형 타겟 표면의 화합물의 피복률을 제어하는 수법을 제안하고 있다.
특허문헌 1에서는, 평판 사각형 타겟이 사용되기는 하지만, 기판 위의 막두께 분포를 균일하게 하기 위해서, 플라즈마 발광을 계측하면서 각 가스 도입구로부터 공급되는 반응성 가스 유량을 조정하는 수법이 제안되어 있다. 이 특허문헌 1의 방법을 특허문헌 2에 적용하여, 원통형의 타겟에 있어서 PEM에 의해 반응성 가스의 유량을 제어하는 것이 생각된다.
그렇지만, 타겟에 복수의 가스 도입구로부터 각각 반응성 가스를 공급하는 경우, 서로 다른 가스 도입구들로부터 공급된 이들 가스들이 서로 섞여, 서로 간섭한다. 이 복잡한 상호간섭으로 인해, 반응성 가스의 유량제어 만으로는, 회전축의 방향에 있어서 타겟 표면에 있어서의 화합물의 정도를 균일하게 하는 것은 곤란하였다. 또한, 원통형의 타겟이 회전하기 때문에, 회전 방향에 있어서도 타겟 표면의 화합물의 정도가 불균일하게 되어, 성막 속도가 불균일하게 되는 문제가 있었다. 그 결과, 기판의 반송 방향 및 기판의 반송 방향과 교차하는 폭 방향에 있어서, 기판 위의 박막의 막두께 분포가 불균일하였다. 즉, 기판 위의 막두께 분포의 균일화를 달성하기 위해서는, 타겟 표면에 있어서의 회전 방향((원주 방향) 및 회전축의 방향으로 화합물의 정도를 균일화할 필요가 있었다.
한편, 특허문헌 3에는, 줄무늬 모양의 막의 발생을 방지하기 위해, 반응성 가스의 유량 제어 이외에, 타겟 전압을 변화시키는 주기를 타겟의 회전과 일치시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 기판의 반송 방향으로 줄무늬 모양의 막이 형성되는 것을 방지할 수 있지만, 기판의 폭 방향에 있어서 막의 막두께 분포를 균일화하기 위해서는 별도의 개선책이 필요하였다.
본 발명은, 원통형의 타겟을 사용해서 반응성 스퍼터링을 행할 때에, 기판에 형성되는 막의 반송 방향 및 반송 방향과 수직한 방향으로의 막두께 분포를 균일하게 하는 성막장치 및 성막방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일면에 따르면, 성막장치로서, 진공 챔버와, 기판에 외주면이 대향하고, 상기 기판의 반송 방향에 교차하도록 상기 진공 챔버의 내부에 배치된 원통형의 타겟과, 상기 타겟을 회전 구동하도록 구성된 구동부와, 상기 타겟의 내측에 배치된 자계 발생기와, 반응성 가스를 흘리고, 상기 타겟의 근방에 배치되는 반응성 가스 유동부를 구비하고, 상기 성막장치는, 상기 기판과 상기 타겟 사이이며 상기 타겟의 상기 근방에 있는 위치에서의 플라즈마의 발광 강도(발광량)를 감시하도록 구성된 발광 모니터와, 상기 발광 모니터에 의해 감시된 상기 발광 강도가= 미리 설정된 목표 발광 강도에 근접하도록, 상기 구동부에 의해 구동되는 상기 타겟의 회전속도를 제어하도록 구성된 제어부를 더 구비한 성막장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 구동부에 의해 회전 구동되는 원통형의 타겟의 외주면이 기판에 대향하고, 상기 타겟의 회전축이 상기 기판의 반송 방향에 교차하도록, 상기 타겟이 진공 챔버의 내부에 배치되고, 마그네트론 스퍼터링에 의해 상기 기판의 표면에 성막할 때에, 상기 타겟의 근방에 배치된 반응성 가스 유동부로부터 반응성 가스를 흘려, 상기 타겟의 표면에 화합물을 형성하고, 상기 기판과 상기 타겟 사이이며 상기 타겟의 상기 근방에 있는 위치에서 발광 모니터에 의해 플라즈마의 발광 강도를 감시하는 성막방법으로서, 상기 발광 모니터에 의해 감시된 상기 발광 강도를 취득하는 단계와, 상기 취득된 발광 강도가 미리 설정된 목표 발광 강도에 근접하도록, 상기 구동부에 의해 구동되는 상기 타겟의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 성막방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징 및 국면은 첨부된 도면을 참조하여 주어지는 이하의 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 성막장치의 개략 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 반응성 가스의 유량에 대한 성막 속도를 설명하는 그래프이다.
도 3은 캐소드 유닛에 있어서의 전자의 운동 및 플라즈마 밀도를 설명하는 도면이다.
도 4는 타겟의 회전축이 뻗는 방향에서 본 한 쌍의 타겟 및 반응성 가스 유동부를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시형태에 따른 성막방법을 설명하는 흐름도다.
도 6은 실시예 1에 있어서의 기판의 중심 위치부터의 폭 방향의 거리에 대한 막두께의 상대값을 측정하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다.
도 7은 실시예 2에 있어서의 기판의 중심 위치부터의 폭 방향의 거리에 대한 막두께의 상대값을 측정하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다.
도 8은 실시예 3에 있어서 발광 스펙트럼을 취득하는 발광 모니터의 설치 개소를 설명하는 도면이다.
도 9는 실시예 2의 성막 조건에서, 중심부의 반응성 가스 유동부에서 공급하는 O2 가스를 증가 및 감소시켰을 때의 발광 강도를 발광 모니터로 계측하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다.
도 10은 실시예 3의 성막 조건에서, 중심부의 반응성 가스 유동부에서 공급하는 O2 가스를 증가 및 감소시켰을 때의 발광 강도를 발광 모니터로 계측하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다.
도 11은 실시예 3의 성막 조건에서, 한 쌍의 타겟의 회전 방향을 변화시켰을 때의, 기판의 폭 방향의 막두께 분포의 상대값을 비교하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다.
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 성막장치의 개략 구성을 설명하는 도면이다. 도 2는, 반응성 가스의 유량에 대한 성막 속도를 설명하는 그래프이다.
우선, 도 2를 참조하여 반응성 스퍼터링에 있어서의 반응성 가스의 유량과 성막 속도와의 관계에 대해 설명한다. 반응성 스퍼터링에서는, 타겟의 표면 상태로서, 성막 속도와 막질이 각각 다른 3개의 상태가 존재하는 것이 알려져 있다. 3개의 상태는, 금속 상태, 반응성 상태(화합물 상태), 및 금속 상태와 반응성 상태 사이의 천이 상태다. 이 3개의 상태가 존재하는 원인은, 반응성 가스가 타겟 표면의 원자와 반응하여, 타겟의 표면이 화합물로 피복된다는 사실에 있다.
반응성 상태에서는, 타겟의 표면의 화합물을 유지하는데 충분한 양의 반응성 가스가 존재한다(도 2에서 가스 유량 영역 III). 이 반응성 상태의 경우, 충분하게 반응을 진행하는 상태에서 화학양론비를 만족하는 화합물을 쉽게 얻을 수 있지만, 다른 2개의 상태와 비교해서 성막 속도가 늦어진다고 하는 특징이 나타난다, 타겟 위의 화합물 막의 결합력과 타겟 재료와 화합물 막의 결합력은, 금속 등의 타겟 재료의 결합력보다도 강하다. 이들 결합을 끊은 후 타겟에 스퍼터링을 행해서 화합물을 얻기 위해서는 보다 많은 에너지가 필요하게 된다. 따라서, 화합물의 스퍼터율은 금속의 스퍼터율보다도 낮아져, 화합물을 성막할 때의 성막 속도가 저하한다. 더구나, 스퍼터 현상을 지속하기 위해서는, 타겟으로부터의 2차 전자의 공급이 필요하지만, 화합물로부터 방출된 2차 전자의 양은 물질 고유의 값으로서 2차 전자 방출계수로서 취급된다. 일반적으로, 화합물의 2차 전자 방출계수의 대부분은 금속의 2차 전자 방출계수보다도 크고, 이 효과에 의해 방전 전압이 저하한다. 즉 타겟에 조사되는 이온의 가속 에너지가 낮아져, 화합물의 성막 속도가 저하한다.
금속 상태에서는, 타겟의 표면에 화합물을 형성하는데 충분한 양의 반응성 가스가 존재하지 않으며(도 2의 가스 유량 영역 I), 타겟의 표면이 화합물보다도 금속의 비율이 높아지는 상태다. 그 결과, 성막 속도가 증가하지만, 형성되는 박막은 반응이 충분하게 진행하지 않고 있는 상태에 있는 금속적인 박막이 된다. 따라서, 반응 부족으로 인해 필요한 막기능이 실현되지 않는 결과가 발생하는 일이 많다.
천이 상태에서는, 반응성 상태와 금속 상태 사이의 양에 해당하는 양의 반응성 가스가 존재한다(도 2에서 가스 유량 영역 II). 타겟의 표면에 부분적으로 화합물이 형성되어, 화합물 스퍼터와 금속 스퍼터가 혼재된 상태에 있다. 그 때문에, 반응성 상태에 비해 성막 속도가 증가한다. 조건에 따라 충분하게 반응이 진행한 화합물이 얻어질 수 있다고 하는 특징이 있다. 그러나, 천이 상태는 매우 불안정한 상태다.
도 2의 A점에 해당하는 반응성 상태로부터 반응성 가스 유량을 감소시키는 경우를 생각한다. B점에 대응하는 상태까지는 타겟 표면은 화합물로 피복되어 있다. 이 영역(도 2의 가스 유량 영역 II)에서는, 타겟 표면에 화합물이 스퍼터되는 처리에 의해 금속 표면이 출현하더라도, 금속 표면은 금방 반응성 가스와 반응해서 표면이 다시 화합물로 피복된다. B점에 대응하는 상태로부터 더 반응성 가스 유량을 감소시키면, 타겟 표면에 출현하는 금속 표면에 화합물을 만드는데 필요한 반응성 가스 유량이 부족하다. 그러면, 화합물 스퍼터 뿐만 아니라 금속 스퍼터도 금속 표면에서 시작된다. 금속 스퍼터에 의해 형성된 금속은 반응성 가스의 펌프의 역할(게터링 효과)을 하여, 도입하고 있는 반응성 가스의 일부가 펌프에서 소비되고, 타겟의 금속 표면에서 행해지는 반응에 사용할 반응성 가스가 더 부족하다. 그 결과, 급격하게 타겟 표면의 금속 상태의 비율이 높아져, 점선으로 나타낸 것과 같이 화합물 상태의 B점에서 금속 상태의 D점으로 상태가 이행한다. 금속 상태로부터 반응성 가스 유량을 증가시키는 경우에도, 마찬가지로 급격한 상태변화가 발생하여, 점선을 따라 금속 상태의 C점에서 반응성 상태의 A점으로 상태가 이행한다. 결과적으로, 반응성 스퍼터링에서는 히스테리시스가 구성된다.
도 1에 나타낸 성막장치(100)는, 반응성 스퍼터링에 따른 마그네트론 스퍼터링에 의해, 성막 대상물인 기판(106)의 표면에 화합물의 박막(예를 들면, 반사 방지막)을 형성한다. 이때, 도 1에 나타낸 X-Y-Z 방향은 서로 직교하는 방향이다.
성막장치(100)는, 진공 챔버(102), 캐소드 유닛(103) 및 구동부(104)를 구비하고 있다. 또한. 성막장치(100)는, 반응성 가스 유동부(105), 교류 전원(107), 불활성 가스 유동부(108), 매스 플로우 콘트롤러 109, 매스 플로우 콘트롤러 110, 발광 모니터(111), 분광기(112), 반송장치(113) 및 제어장치(130)를 구비하고 있다.
진공 챔버(102)에는, 기판(106)을 외부에서 내부로 반입하는데 사용되는 반입구(114)와, 기판(106)을 내부로부터 외부로 반출하기 위한 반출구(115)가 형성되어 있다. 반입구(114)에는, 미도시의 로드록 챔버(LL실)가 접속되어 있다.
반송장치(113)는, 진공 챔버(102)의 내부(및 외부)에 배치되어 있다. 반송장치(113)는, 기판(106)을 진공 챔버(102)의 내부에 반입구(114)를 통해 반입하고, 진공 챔버(102)의 내부에서 기판(106)의 표면에 성막중에 기판(106)을 반송하고, 성막후에 기판(106)을 진공 챔버(102)의 외부로 반출구(115)를 통해 반출한다. 반송장치(113)에 의한 기판(106)의 반송 방향을 X 방향으로 가정한다. 반송장치(113)는, 예를 들면, 롤러 등에 의해 구성되어 있다. 반송장치(113)는, 기판(106)이 탑재되는 반송용의 홀더를 갖고 있어도 된다. 이 경우에, 반송용의 홀더를 전기적으로 절연함으로써, 기판 반입시에, 플라즈마 변화를 최소한으로 억제하는 기구를 갖고 있는 것이 바람직하다.
캐소드 유닛(103)은, 진공 챔버(102)의 내부에 배치된 스퍼터 발생원인 원통형의 타겟(121)과, 타겟(121)의 내측에 배치된 자계 발생기(122)를 갖고 있다. 타겟(121)은, 금속(예를 들면, Si)으로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 각각의 캐소드 유닛(103)(타겟(121))은, 길이 방향이 회전축의 방향으로 되는 긴 물체이다.
타겟(121)은, 기판(106)에 각각의 타겟(121)의 외주면(표면)이 대향하도록, 기판(106)의 반송 방향(X 방향)에 대하여 교차(직교)한 상태에서 진공 챔버(102)의 내부에 배치되어 있다. 즉, 각각의 타겟(121)의 회전축이 X 방향과 교차(직교)하는 Y방향과 평행하게 되도록, 타겟(121)이 진공 챔버(102)의 내부에 배치되어 있다.
구동부(104)는, 진공 챔버(102)의 외부에 배치되고, 진공 챔버(102)의 벽부를 통해 타겟(121)에 접속되어, 타겟(121)을 회전 구동한다. 자계 발생기(122)는, 미도시의 지지부재에 의해 진공 챔버(102)에 고정되어 있다. 본 실시형태에서는, 성막장치(100)는, 한 쌍의 캐소드 유닛(103) 및 한 쌍의 구동부(104)를 구비하고 있다. 한 쌍의 캐소드 유닛(103)은, 반송 방향(X 방향)으로 간격을 둔 상태에서 배치되어 있다. 각 구동부(104)는, 독립적으로 각 타겟(121)의 회전속도(회전 방향을 포함한다)를 조정할 수 있다.
반응성 가스 유동부(105)는 진공 챔버(102)의 내부에 배치되어 있다. 반응성 가스 발생원이며 유량 조정부인 매스 플로우 콘트롤러 110은, 진공 챔버(102)의 외부에 배치되어 있다. 반응성 가스 유동부(105)와 매스 플로우 콘트롤러 110은 가스관으로 접속되어 있다. 매스 플로우 콘트롤러 110은, 반응성 가스의 유량을 조정하면서, 반응성 가스를 출력한다. 반응성 가스는 예를 들면 산소(O2) 가스다.
반응성 가스 유동부(105) 각각은, 타겟(121) 각각의 회전축의 방향(Y 방향)으로 뻗은 상태에서 형성되고, 각각의 매스 플로우 콘트롤러 110에 의해 공급된 반응성 가스를 진공 챔버(102)의 내부로 흘리는 1개 이상의 유동구(본 실시형태에서는 복수의 유동구)를 갖는다. 유동구는, 기판(106)의 방향(-Z 방향)으로 개구한 상태에서 형성되어 있다. 반응성 가스 유동부(105)는 타겟(121)의 근방에 배치되어 있다. 각각의 반응성 가스 유동부(105)에서 유동된 반응성 가스는, 각각의 타겟(121)의 표면의 금속과 화합함으로써, 화합물인 금속 산화물, 예를 들면, SiO2가 형성된다.
복수의 반응성 가스 유동부(105)는, 타겟(121)의 회전축의 방향(Y 방향)으로 서로 간격을 둔 상태에서 복수 배치되어 있다. 반응성 가스 유동부(105)와 같은 수를 갖는 매스 플로우 콘트롤러 110이 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 반응성 가스 유동부(105)의 수와 매스 플로우 콘트롤러 110의 수는, 각각 3개다. 반응성 가스 유동부(105)와 매스 플로우 콘트롤러 110이 1 대 1 관계로 배관에 의해 접속되어 있다. 따라서, 각 반응성 가스 유동부(105)로부터 유동시키는 가스량을 각 매스 플로우 콘트롤러 110에 의해 독립적으로 조정할 수 있다.
반응성 가스로서는, 산소(O2) 가스에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 질소(N2) 가스도 사용될 수 있다.
불활성 가스 유동부(108)는 진공 챔버(102)의 내부에 배치되어 있다. 불활성 가스 발생원이며 불활성 가스 유량 조정부인 매스 플로우 콘트롤러 109는, 진공 챔버(102)의 외부에 배치되어 있다. 불활성 가스 유동부(108)와 매스 플로우 콘트롤러 109는 가스관으로 접속되어 있다. 매스 플로우 콘트롤러 109는, 불활성 가스의 유량을 조정하면서, 불활성 가스를 출력한다. 불활성 가스는, 예를 들면, 희가스인 Ar 가스다.
불활성 가스 유동부(108)는, 매스 플로우 콘트롤러 109로부터 공급된 불활성 가스를 진공 챔버(102)의 내부에 유동하는 유동구를 갖는다. 불활성 가스 유동부(108)는 타겟(121)의 근방에 배치되어 있다. 불활성 가스 유동부(108)로부터 유동된 Ar 가스는, 방전에 의해 불활성 가스의 이온(예를 들면, Ar 이온)이 되도록 이온화된다. 이 불활성 가스의 이온이 타겟(121)의 표면에 충돌하는 처리에 의해 타겟(121)으로부터 스퍼터 입자(예를 들면, SiO2 입자)가 방출된다. 그후, 이 스퍼터 입자가 기판(106)의 표면에 부착되는 현상에 의해, 기판(106)에 박막, 예를 들면, 산화막인 SiO2 막이 형성된다.
불활성 가스로서는, 공업적으로 스퍼터링을 행하는 것이 가능한 질량을 갖는 불활성 가스이면 Ar 가스에 한정되는 것은 아니다. 즉, Ne 가스, Ar 가스, Xe 가스, Kr 가스 및 Rn 가스 중 적어도 1개의 가스로 이루어진 불활성 가스가 이용가능하다. 구체적으로는, Ne 가스, Ar 가스, Xe 가스, Kr 가스 및 Rn 가스 중 1종류의 가스, 또는 이들 가스 중 2종류 이상으로 이루어진 혼합 가스도 이용가능하다.
본 실시형태에 있어서는, 산화막을 형성할 때에, 산화막이 절연물로서 챠지업한다. 그 결과, 이상방전이 생기기 쉬운 상태가 발생한다. 그 때문에, 그 이상방전을 억제하는 수법의 한가지로서, 캐소드 유닛(103) 2개를 한쌍의 캐소드 유닛으로 취급하여, 한 쌍의 타겟(121)에 교대로 교류 전원(107)에 의해 교류전압을 인가하는 교류 방식을 채용하고 있다. 기판(106)에 형성시키는 박막의 토털 막두께에 이르기 위해서, 필요하면 한 쌍의 캐소드 유닛(103)을 복수 조, 반송 방향(X 방향)으로 배치하는 구성으로 해도 된다.
각각의 발광 모니터(111)는, 플라즈마의 발광 강도(발광량)를 검출하는 것이며, 콜리메이터 렌즈를 갖는 모니터부다. 복수의 발광 모니터(111)(본 실시예에서는, 3개의 유닛)는, 타겟(121)의 회전축의 방향(Y 방향)으로 간격을 둔 상태에서 배치되어 있다. 발광 모니터(111)는, 타겟(121)의 근방에 배치되고, 기판(106)의 표면과 타겟(121)의 표면 사이인 타겟(121)의 표면 근방에 있어서의 플라즈마의 발광 강도를 감시한다.
적어도 3개의 발광 모니터(111)가 타겟(121)의 길이 방향(Y 방향)의 중심 위치에 배치되고 중심 위치의 주변 위치에 나머지가 배치되는 것이 바람직하다. 각각의 주변부의 위치는 기판(106)에 형성할 막두께를 보증할 필요가 있는 개소의 바로 위로부터 중심측에 있으면 된다. 발광 모니터(111)의 배치 방법에 대해서는, 2개의 캐소드 유닛(103)에 대하여, 최저한 1개의 캐소드 유닛(103)의 근방 위치에 발광 모니터(111)가 배치되면 된다. 이 경우에는, 기판(106)에 대해 수평 방향(도 1에서 -X 방향)으로 플라즈마를 관측할 수 있도록 발광 모니터(111)가 배치된다.
분광기(112)는, 진공 챔버(102)의 외부에 배치되어 있다. 분광기(112)에는, 예를 들면, 광 파이버를 거쳐 각 발광 모니터(111)가 접속되어 있다. 또한. 분광기(112)는, 제어부인 제어장치(130)에 접속되어 있다. 분광기(112)는, 입력한 플라즈마 발광을 분광하고, 분광된 발광을 파장마다의 전기신호로 변환한 후, 변환된 신호를 제어장치(130)에 출력한다.
제어장치(130)는, 컴퓨터로 구성된 정보 처리 단말이다. 제어장치(130)는, 발광 모니터(111)에서 검출된 플라즈마의 발광 강도를 나타내는 신호를, 분광기(112)를 거쳐 취득한다. 분광기(112)에 필요한 파장범위에 대해서는, 계측에 필요하게 되는 파장을 포함하는 영역의 스펙트럼을 취득할 수 범위이면 된다. 제어장치(130)는, 분광기(112)에서 분광된 발광 스펙트럼의 데이터로부터, 자외 광, 가시 광 및 적외 광을 포함하는 영역에서 어느 특정 파장의 발광 강도의 데이터를 선택적으로 취득한다. 이때, 도시는 생략하지만, 분광기(112) 대신에, 밴드패스 필터 및 광전자 증배관을 사용하여, 특정 파장의 발광 강도만을 선택해서 취득하는 구성이어도 된다.
도 3은, 캐소드 유닛(103)에 있어서의 전자의 운동 및 플라즈마 밀도를 설명하는 도면이다. 도 1에 나타낸 자계 발생기(122)에 따른 전자의 E×B 드리프트에 의해, 전자는 반시계 방향 E1으로 타겟(121) 위를 운동한다. 그 운동 과정에 있어서, 플라즈마 P1이 발생하고, 이 플라즈마 발생 장소에서 스퍼터링이 생긴다. 이때, 전자의 드리프트 방향이 변화하는 장소 R1에 있어서, 자기장의 변화 등에 의해 전자의 체류 시간이 길어지는 것이 일반적으로 알려져 있다. 이 장소 R1에서는, 플라즈마 밀도가 높아지고, 플라즈마 밀도의 증가의 결과로써 성막 속도가 고속이 되는 경향이 있다.
타겟(121)의 회전속도가 어떤 특정한 값이 되는 일정한 속도로 고정되는 경우를 가정한다. 원통형의 타겟(121)에서는, 자계 발생기(122)에 의한 성막 속도의 불균일성 이외에, 회전 방향에 의존하는 각각의 타겟(121) 표면의 화합물 정도의 불균일성으로부터, 전자의 드리프트 방향이 변화하는 장소 R1, R1의 사이에서도 성막 속도의 불균일성이 생기는 일이 있다. 그 결과, 타겟(121)의 회전축과 평행한 방향(Y 방향), 즉 폭 방향에서, 기판(106) 위의 막두께 분포의 불균일성(즉, 비대칭성)이 발생하는 일이 있다.
발광 모니터(111)에서 검출되는 발광 강도와, 타겟(121)의 표면의 화합물의 상태, 즉 성막 속도가 대응관계에 있으며, 타겟(121)의 회전속도를 제어함으로써, 타겟(121)의 표면에서의 화합물의 상태를 제어할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 제어장치(130)는, 취득한 발광 강도(발광량)의 값을 제어량으로 취급한다. 이 제어량이 미리 설정한 목표값(목표 발광 강도)이 되게 안정적으로 유지되도록, PID(Proportional Integral Differential) 등의 피드백 제어에 의해, 각 타겟(121)의 회전속도(회전 방향을 포함한다)를 제어한다. 즉, 제어장치(130)는, 복수의 발광 모니터(111)에 의해 감시된 각 발광 강도가 미리 설정된 목표 발광 강도에 근접하도록, 구동부(104)의 구동에 의한 타겟(121)의 회전속도를 제어한다.
복수의 발광 모니터(111)에 의해 각각 감시된 발광 강도 전체를 목표 발광 강도에 일치시키는 것은 곤란하지만, 타겟(121)의 회전속도를 제어함으로써, 발광 모니터(111)에서 감시된 발광 강도가 목표 발광 강도에 근접하도록, 발광 강도를 시프트시킬 수는 있다. 전술한 제어의 결과, 전체 발광 강도를 목표 발광 강도의 허용범위 내에 유지할 있다. 이때, 제어장치(130)가 복수의 발광 모니터(111)에서 감시된 발광 강도의 값들의 평균을 산출하여, 평균값이 목표 발광 강도에 근접하도록 제어해도 된다. 또한. 발광 모니터(111)의 수는 1개이어도 되고, 이 경우, 제어장치(130)는, 1개의 발광 모니터(111)에서 감시한 발광 강도가 목표 발광 강도에 근접하도록 제어하면 된다.
이렇게, 타겟(121)의 회전속도를 제어함으로써, 타겟(121)의 표면에 있어서의 화합물의 정도를 목표의 정도로 균일하게 할 수 있어, 기판(106)의 폭 방향의 막두께 분포를 균일하게 할 수 있다. 또한. 기판(106)의 반송중에 타겟(121)의 회전속도를 제어함으로써 기판(106)의 반송 방향의 막두께 분포도 균일하게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 원통형의 타겟(121)을 사용해서 반응성 스퍼터링을 행할 때에, 기판(106)에 형성되는 막의 반송 방향과 반송 방향과 수직한 방향의 막두께 분포를 균일하게 할 수 있다.
도 4는, 타겟(121)의 회전축이 뻗는 방향(Y 방향)에서 본 한 쌍의 타겟(121) 및 반응성 가스 유동부(105)를 설명하는 도면이다. 전술한 것과 같이, 성막장치(100)는, 타겟(121)을 한 쌍 구비하고 있다. 한 쌍의 타겟(121)의 회전 방향을 서로 동일한 방향으로 설정해도 되지만, 본 실시형태에서는, 한 쌍의 타겟(121)의 회전 방향을 서로 역방향으로 설정하고 있다. 즉, 제어장치(130)는, 한 쌍의 타겟(121)이 서로 역방향으로 회전하도록, 각 구동부(104)의 구동에 따라 각 타겟(121)의 회전속도를 제어한다. 도 4에서는, 한 쌍의 타겟(121) 중, 기판(106)의 반송 방향 상류측의 타겟(121)의 회전 방향 RA를 기판(106)의 반송 방향과 동일한 방향으로 설정하고, 기판(106)의 반송 방향 하류측의 타겟(121)의 회전 방향 RB을 기판(106)의 반송 방향과 역방향으로 설정한다.
한 쌍의 타겟(121)의 회전 방향을 동일한 방향으로 설정하는 경우, 한쪽의 타겟(121)에 있어서는 반응성 가스가 공급된 후에 스퍼터링을 행하고, 다른쪽의 타겟(121)에 있어서는, 반응성 가스가 공급되기 전에 스퍼터링을 행하게 된다. 따라서, 한쪽의 타겟(121)에 따른 성막 속도가 다른쪽의 타겟(121)에 따른 성막 속도보다도 낮아져, 막질에 격차가 생기기 쉽다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는, 한 쌍의 타겟(121)의 회전 방향을 서로 역방향으로 설정하고 있기 때문에, 양쪽의 타겟(121)에 있어서 반응성 가스가 공급된 후, 또는 반응성 가스가 공급되기 전에 스퍼터링을 행하게 된다. 따라서, 한 쌍의 타겟(121)의 각각의 타겟에 따른 성막 속도가 서로 근접하여, 기판(106)에 있어서의 막질을 균일하게 할 수 있다.
도 4에 도시된 것과 같이, 반응성 가스 유동부(105) 각각은, 2개가 1조를 구성하는 캐소드 유닛(103)(타겟(121)) 사이의 위치에 배치되고, 또한 회전축(121a)에 대하여 기판(106)의 위치보다도 먼 측에 배치된다.
즉, 각각의 반응성 가스 유동부(105)(구체적으로는, 각각의 유동구)는, 기판(106)에 대하여 타겟(121)의 각각의 회전축(121a)의 위치보다도 +Z 방향으로 먼 측에 배치되고, 기판(106) 측(-Z 방향)으로 반응성 가스가 유동한다. 더구나, 반응성 가스 유동부(105)(구체적으로는, 유동구)는, Z 방향에서 타겟(121)의 크기(외주)를 초과하지 않는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 반응성 가스 유동부(105)는, 타겟(121)의 길이 방향(Y 방향)에 있어서, 적어도 양 단부와 중심부의 3개소에 배치하는 것이 바람직하다.
또한. 본 실시형태에서는, 제어장치(130)는, 복수의 발광 모니터(111) 각각에 의해 감시된 각 발광 강도에 따라 각 매스 플로우 콘트롤러 110에 따른 반응성 가스의 유량을 제어한다. 이에 따라, 더욱 효과적으로 기판(106)의 폭 방향의 막두께를 균일하게 할 수 있다.
다음에, 본 실시형태의 성막장치(100)를 사용해서 산화막(반사 방지막)을 형성하는 처리 절차에 대해서 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는, 본 발명의 실시형태에 따른 성막방법을 설명하는 흐름도다.
우선, 도 1에 나타낸 진공 챔버(102)를 대기 개방시킨 후에, 미도시의 로드록 챔버(LL실)로부터 기판(106)을 반입구(114)를 통과시켜서, 진공 챔버(102)의 내부로 반입한다(S1: 기판 반입단계).
다음에, 미도시의 진공펌프를 사용해서 진공 챔버(102)를 1×10-3[Pa] 이하 정도에 도달하도록 진공처리를 행한다(S2: 진공단계).
다음에, Ar 등의 희가스를 불활성 가스 유동부(108)로부터 공급하고, 반응성 가스인 산소(O2) 가스를 동시에 반응성 가스 유동부(105)로부터 공급한다(S3: 가스 공급단계). 그때, 2개로 1조를 구성하는 한쌍의 캐소드 유닛(103, 103)에 교류전압을 교류 전원(107)에서 공급하여, 방전을 개시시킨다. 타겟(121)의 표면에 부착된 오염물이나 산화물을 제거할 필요가 있는 경우에는, 기판(106)을 막이 퇴적되는 영역으로 반송하기 전에, 프리스퍼터를 실시한다.
진공 챔버(102)의 내부에서 기판(106)을 반송한다(S4: 반송단계). 이 기판(106)의 반송중, 제어장치(130)는, 발광 모니터(111)에서 감시한 발광 강도의 데이터를 취득한다(S5: 취득단계).
그후, 제어장치(130)는, 전술한 것과 같이, 발광 강도가 미리 설정된 목표 발광 강도에 근접하도록, 구동부(104)의 구동에 따른 타겟(121)의 회전속도를 제어한다(S6: 속도 제어단계).
또한. 제어장치(130)는, 전술한 것과 같이, 복수의 발광 모니터(111) 각각에 의해 감시된 각 발광 강도에 따라 각 매스 플로우 콘트롤러 110에 따라 반응성 가스의 유량을 제어한다(S7: 유량 제어단계).
제어장치(130)가 기판(106)의 성막이 완료하였는지 아닌지를 판단하여(S8: 판단단계), 성막이 완료하면(S8에서 Yes), 기판(106)을 진공 챔버(102)로부터 반출한다. 현재 성막중이면(S8에서 No), 스텝 S4의 처리로 흐름이 되돌아간다.
이렇게, 방전된 타겟(121)의 근방을 기판(106)이 통과하는 조작에 의해 기판(106)의 표면에 박막(예를 들면, 광학 박막)이 형성된다.
전술한 것과 같이, 본 실시형태에 따르면, 타겟(121)의 산소 피복률을 제어함으로써, 기판(106)에 있어서 타겟(121)의 회전축과 평행한 Y 방향의 막두께 분포의 균일화를 꾀할 수 있다.
[실시예]
(실시예 1)
다음에, 상기한 실시형태에 따른 성막장치(100)에서, 하기의 조건에서 글래스의 기판(106)에 반사 방지막을 형성하였다.
기판 사이즈: 폭 1,850[mm]×길이 1,250[mm]×두께 2.0[mm]
기판 홀더: 폭 1,900[mm] ×길이 1,400[mm]
기판 반송: 1,450[mm/분]
배기기구: 터보 분자 펌프, 드라이 펌프
전원: 교류 방식(40[kHz])
타겟의 형상: 직경 φ190[mm]×두께 2,200[mm]
타겟 간의 거리: 90[mm](타겟 중심 간의 거리는, 250[mm])
타겟 재료: Si
불활성 가스: Ar
반응성 가스: O2
반응성 가스 유동부:3 분할(양단 490[mm], 중앙 1,130[mm])
도달 압력: 1×10-4[Pa]
불활성 가스인 Ar를 불활성 가스 유동부(108)로부터 진공 챔버(102)에 도입하도록 설정하고, 반응성 가스 O2을 반응성 가스 유동부(105)로부터 진공 챔버(102)에 도입하도록 설정하였다.
Ar 가스의 유량 조정에 대해서는, 매스 플로우 콘트롤러 109를 사용해서 유량을 300[sccm]로 일정하게 하였다. O2 가스를, 도 1에 나타낸 것과 같이 반응성 가스 유동부(105)의 3개소에서 각각의 매스 플로우 콘트롤러 110을 사용해서 공급하였다.
실시예 1의 3개의 반응성 가스 유동부(105) 중에서, 중심부에 배치한 반응성 가스 유동부(105)의 길이를 1130[mm]로 설정하고, 양 단부에 배치한 반응성 가스 유동부(105)의 길이를 490[mm]로 설정하였다. 중심부에 배치한 반응성 가스 유동부(105)로부터 공급된 O2 가스의 양은 32.5[sccm]로 설정하였고, 양 단부에 배치한 반응성 가스 유동부(105)로부터 공급된 O2 가스의 양은 6.5[sccm]로 설정하였다.
진공 챔버(102)의 혼합 가스의 전체 압력은, 터보 분자 펌프와 진공 챔버(102) 사이의 접속부에 배치된 압력조정용의 밸브 개폐량을 제어함으로써, 1.0[Pa]로 일정하게 되도록 하였다.
캐소드 유닛(103)을 2개를 한쌍의 캐소 유닛으로 취급하여, 한 쌍의 타겟(121)에 교류전압을 교류 전원(107)에 의해 인가하여, 한 쌍의 타겟(121)에 6,000[W]의 전력을 교대로 인가해서 스퍼터링을 행하였다.
한 쌍의 타겟(121)은, 방전전에 구동부(104)에 의해 20[rpm]의 회전속도로 회전시켰다. 한 쌍의 타겟(121) 중, 한쪽의 타겟(121)의 회전 방향 RA는 도 4에 나타낸 것과 같이 기판(106)의 반송 방향과 같은 방향(정방향)으로 설정하고, 다른쪽의 타겟(121)의 회전 방향 RB은 기판(106)의 반송 방향에 대하여 역방향으로 설정하였다.
다음에, 폭 1,900[mm]의 반송 트레이에 기판(106)을 배치하고, 1450[mm/분]의 속도로 기판(106)을 반송하였다. 기판(106)과 타겟(121)의 최근접 거리는 80[mm]로 설정하였다. 방전된 상태에서 기판(106)을 진공 챔버(102)에 19회 통과시킨 후, 진공 챔버(102)를 대기 개방하였다.
기판(106)에 형성된 광학 박막의 막두께를, 광학식 막두께 측정기를 사용하여, 반송 방향에 대하여 기판(106)의 중심 위치로부터 폭방향으로 전체 16점, 즉 폭 방향의 양단을 향해서 약 130[mm] 간격으로 8점에서 계측하였다. 도 6은, 실시예 1에 있어서의 기판(106)의 중심 위치로부터의 폭 방향의 거리에 대한 막두께의 상대값을 측정하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다. 도 6에는, 측정한 막두께의 최대값을 기준으로 한 경우의 각 측정 개소의 상대값이 표시되어 있다.
실시예 1에 있어서, 2개의 타겟(121)을 정역 방향으로 회전시켰을 때의 막두께의 최대값은 103[nm]이었다. 이 결과로부터, 기판(106)의 폭 방향에서, 한 쪽 916[mm]의 범위에서 막두께 분포가 ±4[%] 이하인 것이 표시되었다.
회전 방향에 대해서, 2개의 타겟(121)의 회전 방향만을 정역 방향에 대해 역으로 변경한 조건에서도, 전술한 결과와 같은 경향인 것을 확인하였다.
(실시예 2)
실시예 2로서, 한 쌍의 타겟(121)의 회전 방향을 양쪽 타겟에 대해 기판(106)의 반송 방향과 같은 방향으로 설정한 경우, 및 전술한 회전 방향을 양쪽 타겟에 대해 상기한 반송 방향과 역방향으로 설정한 경우에 대해서 반사 방지막을 형성하였다. 도 7은, 실시예 2에 있어서의 기판(106)의 중심 위치로부터의 폭 방향의 거리에 대한 막두께의 상대값을 측정하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다.
도 7에 나타낸 것과 같이, 기판(106)의 폭 방향의 막두께 분포는, 타겟(121)의 회전 방향에 상관없이 ±8[%] 정도이었다. 이와 같은 사실로부터, 전술한 실시예 1은, 실시예 2의 효과보다도 막두께 분포를 더 우수하게 개선할 수 있는 효과가 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 한 쌍의 타겟(121)의 회전 방향에 대해서는, 기판(106)의 반송 방향에 대하여, 같은 방향과 역방향, 또는 역방향과 같은 방향의 조합 쪽이, 양쪽 모두 같은 방향, 또는 양쪽 모두 역방향의 조합보다도 더 우수하다는 것을 나타낸다.
(실시예 3)
성막 속도를 균일하게 할 때에, 플라즈마 발광을 사용하는 경우에 대해 나타낸다. 방전 기간에 콜리메이터 렌즈를 갖는 각각의 발광 모니터(111)를 사용해서 플라즈마 중의 발광을 집광하고, 광 파이버를 경유해서 분광기(112)를 거쳐 발광 스펙트럼을 취득하였다. 분광기(112)는 파장범위 200 내지 1100[nm], 파장 분해능 1.4[nm]의 것을 사용하였다. 방전 주기에서, 발광 스펙트럼으로부터 금속 재료 Si에 관련되는 파장(288[nm])의 발광 강도를 취득하였다. 발광 강도는, 카운트로 표기되고, 발광의 배치, 취득 간격 및 적산 시간에 의해 값이 변하는 상대적인 지표이다.
데이터 수집은 분광기(112)에 USB(Universal Serial Bus)에 의해 접속된 제어장치(130)에 의해 행한다. 여기에서, 발광 강도(발광량)는, 성막 속도에 의존하는 양으로서 사용된다.
도 8은, 실시예 3에 있어서 발광 스펙트럼을 취득하는 발광 모니터의 설치 개소를 설명하는 도면이다. 도 8에 나타낸 것과 같이, 타겟(121)의 중심 위치 근방에 발광 모니터 111B가 설치되고, 타겟(121)의 단부 근방에 각각 발광 모니터 111A, 111C가 각각 설치되어 있다. 발광 모니터 111A, 111C의 설치 개소에 대해서는, 기판(106)에 필요한 막두께를 형성하는 타겟(121)의 최단부의 근방에 설치하는 것이 바람직하다. 실시예 3에서는, 발광 모니터 111A, 111C의 설치 개소는, 타겟(121)의 중심에서 각각 900[mm]의 거리를 갖는 양측에 배치된 개소로 설정하였다. 3개소에 각각 설치한 발광 모니터 111A 내지 111C에 의해 취득된 발광 강도가 미리 정해진 목표 강도가 되도록, 구동부(104)가 타겟(121)의 회전속도(회전 방향을 포함한다)를 제어한다.
표 1에, 타겟(121)의 회전 방향이 기판(106)의 반송에 대해 2개의 타겟(212) 모두를 같은 방향으로 회전시킨 상태에 있는 경우와, 타겟(121)의 회전 방향이 기판(106)의 같은 방향 및 역방향의 조합으로 2개의 타겟(212) 모두를 회전시킨 상태에 잇는 경우 사이에서, 금속 재료 Si에 관련되는 파장(288[nm])의 발광 강도의 비를 나타낸다.
발광강도 비
발광 모니터 111A 1.03
발광 모니터 111B 1.00
발광 모니터 111C 1.01
표 1의 수치는, 각 발광 모니터 111A 내지 111C의 발광 강도비이며, 막두께 분포가 ±4[%] 이하이었을 때의 실시예 3의 발광 스펙트럼을 기준으로 취급하여 실시예 2의 발광 스펙트럼을 비교하여 얻어진 수치이다. 실험 조건에 대해서는, Ar 가스의 유량을 300[sccm]로 설정하였다. O2 가스를 유동하는 중심부의 반응성 가스 유동부(105)의 길이를 1130[mm]로 설정하고, 양 단부의 반응성 가스 유동부(105)의 길이를 490[mm]로 설정하였다. 중심부의 반응성 가스 유동부(105)의 O2 가스의 공급량을 32.5[sccm]로 설정하였고, 양 단부의 반응성 가스 유동부(105)의 O2 가스의 공급량을 6.5[sccm]로 설정하였다.
진공 챔버(102)의 전체 압력을 1.0[Pa]로 일정하게 하고, 2개의 타겟(121)을 1조의 타겟으로 취급하여 교류전압을 교류 전원(107)에 의해 한 쌍의 타겟(121)에 인가하고, 한 쌍의 타겟(121)에 6,000[W]의 전력을 인가하였다. 한 쌍의 타겟(121)의 회전속도는 모든 타겟에 대해 20[rpm]으로 고정하였다.
표 1에서, 회전 방향이 같은 방향인 실시예 2의 경우에는, 막두께의 크기에 의존해서 발광 스펙트럼의 강도비가 높아지고, 전술한 긴 타겟 특유의 플라즈마 밀도의 격차에 의해, 막 속도가 높아지고 있는 것을 나타내고 있다. 이 결과에 따르면, 플라즈마 발광을 사용하여, 타겟(121)의 회전속도를 변화시킴으로써, 막두께 분포를 균일하게 하는 효과를 확인할 수 있었다.
도 9는, 실시예 2의 성막 조건에서, 중심부의 반응성 가스 유동부(105)에서 공급하는 O2 가스를 증가 및 감소시켰을 때의 발광 강도를 발광 모니터 111A, 111B, 111C로 계측하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다. 도 10은, 실시예 3의 성막 조건에서, 중심부의 반응성 가스 유동부(105)에서 공급하는 O2 가스를 증가 및 감소시켰을 때의 발광 강도를 발광 모니터 111A, 111B, 111C로 계측하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다. 이때, 중심부의 반응성 가스 유동부(105)에서 공급되는 O2 가스를 0 내지 56[sccm]의 유량으로 증가 및 감소시켰다. 금속 재료 Si에 관련되는 파장(288[nm])의 발광 강도를 발광 모니터 111A, 111B, 111C에 의해 계측하였다.
도 9 및 도 10 중의 흰 원은, O2 가스 량을 감소시키도록 변화시켰을 때의 발광 강도를 나타낸다. 도 9 및 도 10 중의 검은 원은, O2 가스 량를 증가시키도록 변화시켰을 때의 발광 강도를 나타낸다.
한 쌍의 타겟(121)의 회전 방향에 대해, 실시예 2와 같이 정정 방향으로 한 쌍의 타겟(121)을 회전시킨 경우, O2 가스 유량을 감소시키도록(흰 원) 유량이 35[sccm](LA)일 때에, 발광 강도가 발광 모니터 111A. 111B 및111C에 의존하여 크게 다른 것이 표시되어 있다. 이 결과에 대해서는, 전술한 것과 같이, 타겟(121)의 주변에서 산소 피복률이 달라, 성막 속도가 변화하고 있는 것이 관측되고 있다. 한편, 도 10에서와 같이, 실시예 3에서는, O2 가스 유량을 감소시키도록(흰 원) 유량이 35[sccm](LB)일 때에, 타겟(121)의 주변의 발광 강도가 일치하고 있고, 회전 방향에 의존하여 성막 속도가 균일해지는 효과를 증명하고 있다.
도 11은, 실시예 3의 성막 조건에서, 한 쌍의 타겟(121)의 회전 방향을 변화시켰을 때, 기판(106)의 폭 방향의 막두께 분포의 상대값을 비교하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프다. 도 11에는, 한 쌍의 타겟(121)을 정정 방향으로 회전시카고, 회전속도를 10[rpm], 20[rpm], 40[rpm]으로 변화시킨 경우의, 기판(106)의 폭 방향의 막두께 분포의 상대값의 결과를 나타내고, 한 쌍의 타겟(121)을 정역 방향으로 회전시키고, 회전속도를 20[rpm]으로 설정한 경우의, 기판(106)의 폭 방향의 막두께 분포의 상대값의 결과를 나타낸다. 도 11에서, 타겟(121)의 회전속도를 제어함으로써, 기판(106)의 막두께 분포가 변화하는 것을 나타내고 있다. 이와 같은 사실은, 회전속도에 의해서도, 타겟(121)의 표면 산소 피복률을 제어할 수 있다는 것을 나타내고 있고, 회전속도에 따라 기판(106)의 폭 방향의 막두께 분포의 균일화를 꾀할 수 있다는 것을 나타내고 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 반응성 스퍼터링에 있어서의 사이즈가 큰 기판(106)의 폭 방향의 성막 속도의 균일화에 따라, 생산성이 좋고 고품질의 광학막과 절연막의 형성이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 원통형의 타겟을 사용해서 반응성 스퍼터링을 행할 때에, 기판에 형성되는 막의 반송 방향 및 반송 방향과 수직한 방향의 막두께 분포를 균일하게 할 수 있다.
예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.

Claims (8)

  1. 성막장치로서,
    진공 챔버와,
    기판에 외주면이 대향하고, 상기 기판의 반송 방향에 교차하도록 상기 진공 챔버의 내부에 배치된 원통형의 타겟과,
    상기 타겟을 회전 구동하도록 구성된 구동부와,
    상기 타겟의 내측에 배치된 자계 발생기와,
    반응성 가스를 흘리고, 상기 타겟의 근방에 배치되는 반응성 가스 유동부를 구비하고,
    상기 성막장치는,
    상기 기판과 상기 타겟 사이이며 상기 타겟의 상기 근방에 있는 위치에서의 플라즈마의 발광 강도를 감시하도록 구성된 발광 모니터와,
    상기 발광 모니터에 의해 감시된 상기 발광 강도가 미리 설정된 목표 발광 강도에 근접하도록, 상기 구동부에 의해 구동되는 상기 타겟의 회전속도를 제어하도록 구성된 제어부를 더 구비한 성막장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    한쌍의 상기 타겟, 한쌍의 상기 자계 발생기 및 한쌍의 상기 구동부가 존재하고,
    상기 한 쌍의 타겟은 상기 반송 방향으로 간격을 두어 배치되고,
    상기 반응성 가스 유동부는 상기 한 쌍의 타겟 사이에 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 한 쌍의 타겟의 타겟들이 서로 역방향으로 회전하도록, 각각의 상기 구동부의 구동에 의해 구동되는 각각의 상기 타겟의 상기 회전속도를 제어하도록 구성된 성막장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 반응성 가스 유동부는, 상기 기판으로부터 상기 타겟의 회전축보다도 더 먼 위치에 배치되고, 상기 기판 측으로 상기 반응성 가스를 흘리도록 구성된 성막장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    복수의 상기 반응성 가스 유동부 및 복수의 상기 발광 모니터가 상기 타겟의 회전축의 방향으로 간격을 두어 각각 배치되어 있고,
    상기 성막장치는, 각각의 상기 반응성 가스 유동부에서 유동된 상기 반응성 가스의 유량을 조정하도록 구성된 유량 조정부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 복수의 발광 모니터 각각에 의해 감시된 각각의 발광 강도에 따라, 상기 유량 조정부에 의해 조정될 상기 반응성 가스의 상기 유량을 제어하도록 구성된 성막장치.
  5. 구동부에 의해 회전 구동되는 원통형의 타겟의 외주면이 기판에 대향하고, 상기 타겟의 회전축이 상기 기판의 반송 방향에 교차하도록, 상기 타겟이 진공 챔버 내부에 배치되고, 마그네트론 스퍼터링에 의해 상기 기판의 표면에 성막할 때에, 상기 타겟의 근방에 배치된 반응성 가스 유동부로부터 반응성 가스를 흘려, 상기 타겟의 표면에 화합물을 형성하고, 상기 기판과 상기 타겟 사이이며 상기 타겟의 상기 근방에 있는 위치에서 발광 모니터에 의해 플라즈마의 발광 강도를 감시하는 성막방법으로서,
    상기 발광 모니터에 의해 감시된 상기 발광 강도를 취득하는 단계와,
    상기 취득된 발광 강도가 미리 설정된 목표 발광 강도에 근접하도록, 상기 구동부에 의해 구동되는 상기 타겟의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 성막방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    한쌍의 상기 타겟, 한쌍의 상기 자계 발생기 및 한쌍의 상기 구동부가 존재하고,
    상기 한 쌍의 타겟은 상기 반송 방향으로 간격을 두어 배치되고,
    상기 반응성 가스 유동부는 상기 한 쌍의 타겟 사이에 배치되고,
    상기 한 쌍의 타겟의 타겟들이 서로 역방향으로 회전하도록, 각각의 상기 구동부에 의해 구동되는 각각의 상기 타겟의 상기 회전속도를 제어하는 성막방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반응성 가스 유동부는, 상기 기판으로부터 상기 타겟의 회전축보다도 더 먼 위치에 배치되고, 상기 기판 측으로 상기 반응성 가스를 흘리도록 구성된 성막방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    복수의 상기 반응성 가스 유동부 및 복수의 상기 발광 모니터가 상기 타겟의 회전축의 방향으로 간격을 두어 각각 배치되어 있고,
    각각의 상기 반응성 가스 유동부에서 유동된 상기 반응성 가스의 유량을 조정하도록 구성된 유량 조정부가 더 설치되고,
    상기 복수의 발광 모니터 각각에 의해 감시된 각각의 발광 강도에 따라, 상기 유량 조정부에 의해 조정될 상기 반응성 가스의 상기 유량이 제어되는 성막방법.
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